-
Die Erfindung bezieht sich auf einen
Tintenstrahlaufzeichnungskopf, der eine Aufzeichnung mittels Tintenentladung
durchführt, wobei die durch einen elektrothermischen
Wandler erzeugte Hitzeenergie verwendet wird. Die Erfindung
bezieht sich ferner auf ein Substrat für die Bildung des
Kopfes sowie auf ein Tintenstrahlaufzeichnungsgerät, das
einen solchen Kopf aufweist.
-
Das Tintenstrahl-System, das in den US-Patenten 4 723 129,
4 740 796 etc. beschrieben ist (nämlich das von Canon K.K.
bezeichnete "Bubble Jet System"), kann eine Aufzeichnung
mit hoher Präzision und hoher Qualität bei einer hohen
Geschwindigkeit und einer hohen Dichte durchführen und ist
ferner für eine Farbbildung und eine Komprimierung
geeignet, die zunehmend Beachtung findet. Bei einem
repräsentativen Beispiel der Vorrichtung, die für dieses System
zu verwenden ist, liegt ein Hitzewirkabschnitt vor,
welcher es der Hitze erlaubt, auf eine Tinte zu wirken, um
diese (Flüssigkeit für die Aufzeichnung etc.) unter
Verwendung von Hitzeenergie zu entladen. Durch Bereitstellung
eines Hitze erzeugenden Widerstandes mit einem
Hitzewirkabschnitt entsprechend dem Tintenweg kann die Tinte
abrupt erhitzt werden, um Blasen unter Verwendung der
Hitzeenergie, die von dem Hitze erzeugenden Widerstand
erzeugt wird, zu bilden. Die Tinte wird durch die
Blasenbildung entladen.
-
Der Hitzewirkabschnitt ist offensichtlich ähnlich zu einem
Teil des Aufbaues des sogenannten thermischen Kopfes gemäß
dem Stand der Technik und zwar aus dem Gesichtspunkt, daß
es der Hitze erlaubt wird, auf ein Material einzuwirken.
Die fundamentale Technik ist jedoch in einem Punkt sehr
verschieden, da der Hitzewirkabschnitt in direktem Kontakt
mit der Tinte steht und da der Hitzewirkabschnitt einem
mechanischen Schock ausgesetzt ist, der durch eine
Hohlraumbildung aufgrund der wiederholten Blasenbildung und
der Blasenauslöschung der Tinte hervorgebracht wird.
Ferner tritt eine Erosion in einigen Fällen auf. Ein
Unterschied besteht auch darin, daß der Hitzewirkabschnitt
innerhalb eines sehr kurzen Zeitraumes in der Größenordnung
von 10&supmin;¹ bis 10 Mikrosekunden einem Temperaturanstieg und
Teinperaturabfall von etwa 1.000ºC ausgesetzt ist. Deshalb
kann selbstverständlich die thermische Kopftechnik nicht
auf die Blasenstrahltechnik angewandt werden. Somit ist es
unmöglich, die Hitzekopftechnik und die
Tintenstrahltechnik innerhalb der gleichen Kategorie zu diskutieren.
-
Als Material für den Hitze erzeugenden Widerstand, der den
elektrothermischen Wandler aufbaut, der in dem
Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf verwendet wird, werden
Materialien verwendet, die selbst unter sehr hohen
Temperaturzuständen stabil sind und die eine sehr gute
Oxidationsresistenz aufweisen, wie Nitride, Carbide, Silicide, Boride
von Metallen mit hohen Schmelzpunkten, Transitionsmetallen
etc.
-
In Reaktion auf die Anforderungen einer hohen
Dichteaufzeichnung und einer hohen Geschwindigkeitsaufzeichnung in
Tintenstrahlgeräten unter Verwendung eines Tintenstrahl-
Aufzeichnungskopfes wird seit kurzem eine Methode
verwendet, bei der die Kraft, die an den Hitze erzeugenden
Widerstand angelegt wird, zunehmend größer wird oder bei der
die Pulsweite einer Strombreite verkürzt wird. In diesem
Fall wird der Hitze erzeugende Widerstand auf höhere
Temperaturen erhitzt, so daß ein Hitze erzeugender Widerstand
notwendig ist, der eine größere Resistenz aufweist.
-
Wenn die Größe des Hitze erzeugenden Widerstandes kleiner
gemacht wird, um die Aufzeichnungsdichte zu vergrößern,
wird der Bereichswiderstand des Hitze erzeugenden
Widerstandes im wesentlichen konstant gehalten. Somit wird nur
der Widerstandswert als elektrischer Leiter in den
mehreren, Hitze erzeugenden Widerständen als Ganzes erhöht,
wodurch der elektrische Stromverbrauch in den mehreren Hitze
erzeugenden Widerständen als Ganzes zunimmt.
-
Ferner führt der Stromanstieg zu einer Vergrößerung der
IC-Kapazität für den Antrieb, wobei dieser Anstieg der IC-
Kapazität wiederum zu einer Erhöhung der Kosten des
Tintenstrahlkopfes etc. führt.
-
Um den Anforderungen an eine hohe Dichteaufzeichnung, eine
hohe Geschwindigkeitsaufzeichnung und der Reduktion des
elektrischen Stromverbrauchs zu entsprechen, wurden
beispielsweise verschiedene Verfahren für das Anwachsen des
spezifischen Widerstandes des Hitze erzeugenden
Widerstandes untersucht.
-
Als Verfahren für das Anwachsen des spezifischen
Widerstandes, ohne daß die Form, die Filmdicke des Hitze
erzeugenden Widerstandes sich ändert, ist ein Verfahren
bekannt, bei dem Stickstoff, Sauerstoff etc. als eine
Komponente
mit einem vorbestimmten Verhältnis in der
Zusammensetzung des Hitze erzeugenden Widerstandes hinzugefügt
wird, um einen gewünschten, spezifischen Widerstand zu
erzielen.
-
Andererseits ist ein Verfahren zur Erzielung eines höheren
Widerstandes bekannt, bei dem die Filmdicke des Hitze
erzeugenden Widerstandes ohne Änderung seines Materials
verändert wird.
-
Gemäß den Untersuchungen der Erfinder wurde bei einem
Hitze erzeugenden Widerstand, der durch das Verfahren der
Hinzufügung von Stickstoff, Sauerstoff etc., wie oben
erwähnt, einen höheren Widerstand aufwies, einen Zuwachs des
elektrischen Stromverbrauchs infolge einer großen
Reduktion des Widerstandswertes beobachtet, da die elektrische
Antriebskraft zunahm. Dies kann auf die Tatsache
zurückgeführt werden, daß die meisten der hinzugefügten
Komponenten in einem freien Zustand bezüglich der Komponente, die
den Hitze erzeugenden Widerstand aufbaut und welche die
Basis ist, vorliegen.
-
Andererseits entsteht ein Problem bei der Stabilität der
Herstellung, wenn die Filmdicke des Hitze erzeugenden
Widerstandes dünner gemacht wird, um eine Zunahme des
spezifischen Widerstandes zu erzielen, da die Filmdicke in
dieser Region sehr genau kontrolliert werden muß.
-
Ferner scheint der Effekt eines Gases, einer
Feuchtigkeitsabsorption auf der Oberfläche des Hitze erzeugenden
Widerstandes stark die Stabilität des Hitze erzeugenden
Widerstandes selbst zu beeinflussen. Somit sinkt der
Vorteil weiter im Vergleich mit dem Anstieg des Widerstandes
des Hitze erzeugenden Widerstandes durch die Hinzufügung
von Stickstoff, Sauerstoff etc., wie oben beschrieben.
-
Das französische Patent 2 540 435 offenbart ein Substrat
für einen Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf, der einen Träger
und einen elektrothermischen Transducer aufweist, der auf
dem Träger vorgesehen ist und der ein Hitze erzeugendes
Widerstandselement und Elektroden aufweist, die elektrisch
mit dem Hitze erzeugenden Widerstand verbunden sind.
-
Eine Aufgabe der Erfindung ist, die oben beschriebenen
Probleme zu lösen und ein Substrat für einen
Tintenstrahlaufzeichnungskopf bereitzustellen, der einen
elektrothermischen Transducer aufweist, der auf einen hohen
spezifischen Widerstandswert eingestellt werden kann, der
ein stabiles, Hitze erzeugendes Widerstandselement mit
einer geringen Veränderung in dem Resistenzwert und
begleitet mit einem Anstieg der elektrischen Antriebskraft
aufweist und der ferner eine sehr gute Haltbarkeit hat. Diese
Aufgabe der Erfindung umfaßt ferner einen
Tintenstrahlaufzeichnungskopf mit dem Substrat als Teil seines Aufbaues
sowie ein Tintenstrahlaufzeichnungsgerät, das mit dem Kopf
ausgerüstet ist.
-
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung
eines Substrates für einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf,
der einen Träger und einen elektrothermischen Transducer
aufweist, der auf dem Träger vorgesehen ist und der ein
Hitze erzeugendes Widerstandselement und Elektroden hat,
die elektrisch mit dem Hitze erzeugenden
Widerstandselement verbunden sind, wobei das Hitze erzeugende
Widerstandselement aus einer komplexen Verbindung besteht, die
ein Metallborid, Silicium und Stickstoff umfaßt.
-
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der
Bereitstellung eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes mit einem
Substrat für den Tintenstrahlaufzeichnungskopf, der einen
Träger und einen elektrothermischen Transducer hat, der
auf dem Träger vorgesehen ist und der ein Hitze
erzeugendes Widerstandselement sowie Elektroden aufweist, die
elektrisch mit dem Hitze erzeugenden Widerstandselement
verbunden sind, wobei das Hitze erzeugende
Widerstandselement aus einer Komplexverbindung besteht, die ein
Metallborid, Silicium und Stickstoff umfaßt und wobei das Hitze
erzeugende Widerstandselement verwendet wird, um eine
Hitzeenergie zu erzeugen, die bei der Entladung einer
Flüssigkeit verwendet wird.
-
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der
Bereitstellung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerätes mit einem
Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf, der ein Substrat für den
Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf hat und der einen Träger
und einen elektrothermischen Transducer aufweist, der auf
dem Träger vorgesehen ist und der ein Hitze erzeugendes
Widerstandselement sowie Elektroden hat, die elektrisch
mit dem Hitze erzeugenden Widerstandselement verbunden
sind, wobei das Hitze erzeugende Widerstandselement aus
einer Komplexverbindung aufgebaut ist, die ein
Metallborid, Silicium und Stickstoff umfaßt, wobei ferner Mittel
zum Tragen eines Aufzeichnungsmediums vorgesehen sind und
wobei das Hitze erzeugende Widerstandselement verwendet
wird, um eine Hitzeenergie zu erzeugen, die für eine
Entladung einer Flüssigkeit verwendet wird.
-
Gemäß der Erfindung kann eine hohe Qualitätsaufzeichnung,
eine hohe Geschwindigkeitsaufzeichnung und eine
Aufzeichnung mit einem niedrigen Stromverbrauch etc. in sicherer
Weise realisiert werden.
-
Figur 1 ist eine schematische Schnittansicht
eines Beispieles des Substrates für
einen Tintenstrahlkopf gemäß der
Erfindung.
-
Figur 2 ist eine schematische, perspektivische
Ansicht eines Beispieles des Hauptteils
des Tintenstrahlkopfes gemäß der
Erfindung.
-
Figur 3 ist eine schematische Schnittansicht
entlang der Linie a-b-c in der Figur 2.
-
Figur 4 ist eine schematische Darstellung einer
Bedampfungsvorrichtung, die bei der
Bildung der Hitze erzeugenden
Widerstandsschicht nach der Erfindung
verwendet wird.
-
Figur 5 ist eine schematische, perspektivische
Ansicht eines Beispiels des Hauptteils
des Tintenstrahlgerätes nach der
Erfindung, das mit einem Tintenstrahlkopf
ausgerüstet ist.
-
Die Erfinder haben intensive Studien unternommen, um die
oben beschriebenen Probleme zu lösen und haben
herausgefunden, daß die oben beschriebene Aufgabe gelöst werden
kann, wenn das Hitze erzeugende Widerstandselement des
Tintentrahlkopfes aus einer Komplexverbindung aufgebaut
ist, die vier Elemente eines Metallelementes, Bor (B),
Silicium (Si) und Stickstoff (N) in einem spezifischen
Zusammensetzungsverhältnis enthält. Es wurde ferner
herausgefunden,
daß das Metallelement, das in der
Komplexverbindung enthalten ist, die das Hitze erzeugende
Widerstandselement nach der Erfindung aufbaut, vorzugsweise ein
Element sein sollte, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die
Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta und W umfaßt, wobei Hf
optimal ist. Die Erfinder haben die Erfindung auf Basis dieser
Untersuchungen durchgeführt.
-
Bei der Komplexverbindung, welche die vier Elemente in
einein spezifischen Zusammensetzungsverhältnis enthält,
bildet das Metallelement primär ein Borid, während Si primär
den Status eines Nitrids und den Status einer
Si-Einzelsubstanz aufweist (nämlich den Status einer
Si-Si-Bindung), wie dies später beschrieben werden wird. Diese
Fakten haben zu sehr guten Eigenschaften geführt.
-
Die Erfinder haben eine Vielzahl von Proben hergestellt,
welche die oben beschriebenen, vier Elemente in
vorbestimmten Zusammensetzungsverhältnissen nach der
Bedampfungsmethode enthielten.
-
Jede Probe wurde mittels einer Bedampfungsvorrichtung
gemäß Figur 4 hergestellt (Handelsname: Sputtering Apparatus
CFS-8EP, hergestellt von Tokuda Seisakusho Co.). Dabei
wurden Filme auf einem Si-Einzelkristallsubstrat gebildet,
das einen thermisch oxidierten SiOfr Film aufwies, der mit
5,0 um darauf gebildet wurde. In der Figur 4 zeigt 201
eine Filmbildungskammer. 202 ist ein Substrathalter zum
Halten des Substrates 203, das in der Filmbildungskammer
201 bereitgestellt ist. Der Halter 202 hat eine
Heizvorrichtung (nicht gezeigt) zum Erhitzen des Substrates 203.
Der Substrathalter 202 wird von einem Drehschaft 217
gelagert, der sich von einem Antriebsmotor (nicht gezeigt)
erstreckt, der außerhalb des Systems vorgesehen ist. Der
Schaft ist vertikal bewegbar und so aufgebaut, daß er sich
drehen kann. An der zu dem Substrat 203 innerhalb der
Filmbildungskammer 201 entgegengesetzten Position ist ein
Zielhalter 205 für das Halten eines Zieles für die
Filmbildung vorgesehen. 206 ist ein Metallborid-Blattenziel
mit 99,8 Gew.% oder höherer Reinheit, das auf der
Oberfläche des Zielhalters 205 angeordnet ist. 207 ist ein
Si-Blattziel mit 99,9 Gew.% oder höherer Reinheit, das auf
dem Metallboridziel angeordnet ist. In ähnlicher Weise ist
208 ein Si&sub3;N&sub4; Plattziel mit 99,9 Gew.% oder größerer
Reinheit, das auf dem Metallboridziel angeordnet ist. Das Si-
Ziel 207 und das Si&sub3;N&sub4; Ziel 208 sind jeweils in einer
Vielzahl in einem vorbestimmten Bereich mit vorbestimmten
Abständen auf der Oberfläche des Metallboridziels 206
angeordnet, wie dies in der Figur 4 dargestellt ist.
Einzelne Bereiche und Anordnungen des Si-Ziels 207 und des
Si&sub3;N&sub4;-Zieles 208 sind auf Basis einer Kalibrierungskurve
bestimmt worden, die durch vorheriges Erfassen, wie die
Beziehung des Bereichsverhältnis der drei Ziele sein
sollte, hergestellt wurde, um einen Film zu erzielen, der
die vier Elemente mit einem vorbestimmten
Zusammensetzungsverhältnis enthält.
-
218 ist eine Schutzwand, welche die Seitenflächen der
Ziele 206, 207 und 208 abdeckt, so daß diese durch das
Plasma nicht von ihren Seitenflächen bedampft werden
können. 204 ist eine Verschlußplatte, die horizontal bewegbar
angeordnet ist, um den Raum zwischen dem Substrat 203 und
den Zielen 206, 207 und 208 an der Position des oberen
Teils des Zielhalters 205 abzuschirmen. Die
Verschlußplatte 204 wird weiter unten beschrieben werden. Sie wird
vor Beginn der Filmbildung zu dem oberen Teil des
Zielhalters 205, der die Ziele 206, 207 und 208 hält, geführt,
und ein inertes Gas, wie Argon (Ar)-Gas etc., wird in die
Filmbildungskammer 201 durch eine Gaszuführungsleitung 212
eingeführt. Das Gas wird durch Anwendung einer
Hochfrequenzkraft aus einer Hochfrequenzquelle 215 in ein
Plasma überführt, und die Ziele 206, 207 und 208 werden
mit dem gebildeten Plasma bedampft, um Verunreinigungen
auf den entsprechenden Oberflächen der Ziele zu entfernen.
Dann wird die Verschlußplatte 204 auf die Position bewegt
(nicht gezeigt), an der keine Störung bei der Filmbildung
eintritt.
-
Die Hochfrequenzquelle 215 ist elektrisch mit der
Umgebungswand der Filmkammer 201 durch einen elektrisch
leitenden Draht 216 verbunden und ist ferner elektrisch mit
dem Zielhalter 205 durch einen elektrisch leitenden Draht
217 verbunden. 214 ist ein Anpassungsgehäuse.
-
Der Zielhalter 205 ist mit einem Mechanismus (nicht
gezeigt) ausgestattet, der das Kühlwasser intern zirkulieren
läßt, so daß die Ziele 206, 207 und 208 auf gewünschten
Temperaturen während der Filinbildung gehalten werden
können. In der Filmbildungskammer 201 ist eine Abgabeleitung
210 für die interne Entladung der Filmbildungskammer
vorgesehen. Die Abgabeleitung ist mit einer Vakuumpumpe
(nicht gezeigt) durch ein Entladeventil 211 verbunden. 202
ist eine Gaszuführungsleitung für die Einführung eines
Gases, wie Argongas (Ar-Gas), Heliumgas (He-Gas), für das
Bedampfen in der Filmbildungskammer 201. 213 ist ein
Strömungsraten-Steuerventil für das Gas für die Bedampfung,
welches an der Gaszuführungsleitung vorgesehen ist. 209
ist ein Isolator, der zwischen dem Zielhalter 205 und der
Bodenwand der Filmbildungskammer 201 für die elektrische
Isolierung des Zielhalters 205 von der Filmbildungskammer
201 vorgesehen ist. 219 ist eine an der Filmbildungskammer
201 vorgesehene Vakuumnadel. Durch die Vakuumnadel kann
der innere Druck in der Filmbildungskammer 201 automatisch
angezeigt werden.
-
Bei der Vorrichtung nach Figur 4 ist nur ein Zielhalter,
wie oben beschrieben, vorgesehen. Es können jedoch auch
mehrere Zielhalter vorgesehen sein. In diesem Fall werden
die Zielhalter in gleichen Abständen auf konzentrischen
Kreisen an der Position gegenüber zu dem Substrat 203
innerhalb der Filmbildungskammer 201 angeordnet. Durch die
Anpassungseinrichtung werden die entsprechenden Zielhalter
mit unabhängigen, elektrischen Hochfrequenzquellen
verbunden. In dem obigen Fall werden drei Zielhalter in der
Filmbildungskammer 201, wie oben beschrieben, angeordnet,
da drei Arten von Zielen, nämlich das Metallboridziel, das
Si-Ziel und das Si&sub3;N&sub4;-Ziel, verwendet werden. Die
entsprechenden Ziele sind individuell auf den entsprechenden
Zielhaltern angeordnet. Da eine vorbestimmte
Hochfrequenzkraft unabhängig den einzelnen Zielen zugeführt werden
kann, kann ein Film, in dem ein oder mehrere Elemente von
Metall, Bor, Si und N in der Filmdickenrichtung variiert
werden, durch Veränderung des
Zusammensetzungsverhältnisses der den Film aufbauenden Elemente, die in einem Film
vorliegen sollen, gebildet werden.
-
Jede unter Verwendung der Vorrichtung gemäß Figur 4
erzeugte Probe wurde gemäß den Filmbildungsbedingungen
hergestellt, die unten gezeigt sind, wobei das Si-Ziel 207
und das Si&sub3;N&sub4;-Ziel 208 auf dem Metallboridziel 206 auf
Basis der zuvor hergestellten Kalibrierungskurve angeordnet
waren, um eine Nichteinzelkristallsubstanz (Film) der vier
Elemente zu erzielen.
-
Auf dem Substrathalter 202 angeordnetes Substrat:
-
Si-Einzelkristallsubstrat von 10,2 cm (4 inch) mit einem
auf der Oberfläche gebildeten, 5,0 Mikrometer dicken SiO&sub2;
Film (hergestellt von Wacker Corp.) (3 Blätter).
-
Substrattemperatur: 50ºC
-
Basisdruck: 2,6 x 10&supmin;&sup4; Pa oder niedriger
-
Hochfrequenz (RF)-Strom = 500 W
-
Bedampfungsgas und Gasdruck:
-
Argongas, 5,333 x 10&supmin;¹ N/m² (4 x 10&supmin;³ Torr)
-
Filmbildungszeit: 30 Minuten
-
Von den erzielten Proben, wie oben beschrieben, wurde ein
Teil der Proben einer Analyse bezüglich ihrer
Zusammensetzungen unterworfen, wobei mittels eines ESCA-750,
hergestellt von Shimadzu Corp., eine fotoelektrische,
spektroskopische Röntgenstrahlanalyse durchgeführt wurde.
-
Unter Verwendung eines anderen Teils wurde für jede Probe
die Filmdicke und der spezifische Widerstand bestimmt.
Unter Verwendung eines weiteren, anderen Teils wurde ein
schrittweiser Streßtest (SST) für die Beobachtung der
Hitzeresistenz und der Schlagresistenz etc. durchgeführt.
SST wurde in der gleichen Weise wie der schrittweise
Streßtest durchgeführt, der später beschrieben wird. Aus
den Ergebnissen der Gesamtuntersuchung wurden die
folgenden Schlußfolgerungen gezogen.
-
Die oben erwähnten Probleme können dramatisch beseitigt
werden, und es kann ein Hitze erzeugendes
Widerstandselement erzielt werden, das insbesondere eine gute
Hochtemperaturstabilität
mit einer hohen Resistenz aufweist, die
gleich oder besser ist als die bekannte Haltbarkeit, wenn
die Komplexverbindung, welche das Hitze erzeugende
Widerstandselement eines Tintenstrahlkopfes aufbaut, die
folgenden vier Elemente mit der unten gezeigten, spezifischen
Zusammensetzung enthält.
-
8 Atomprozent ≤ Metallelement ≤ 31 Atomprozent
-
7 Atomprozent ≤ B ≤ 58 Atomprozent
-
5 Atomprozent ≤ Si ≤ 53 Atomprozent
-
6 Aatomprozent ≤ N ≤ 45 Atomprozent
-
Als spezifische Zusammensetzungsverhältnisse der vier
Elemente werden die folgenden Bereiche bevorzugt:
-
Atomprozent ≤ Metallatom ≤ 24 Atomprozent
-
18 Atomprozent ≤ B ≤ 38 Atomprozent
-
19 Atomprozent ≤ Si ≤ 35 Atomprozent
-
18 Atomprozent ≤ N ≤ 38 Atomprozent
-
Zur Erzielung eines Hitze erzeugenden Widerstandselementes
mit hoher Resistenz und sehr guter Temperaturstabilität
ist ferner bevorzugt, daß das Verhältnis der Zahlen der
Atome von Si zu N die in der Komplexverbindung enthalten
sind, welche das Hitze erzeugende Widerstandselement
aufbaut, innerhalb des folgenden Bereiches vorliegt
-
0,6 ≤ Si/N ≤ 2,5.
-
Das Verhältnis der Zahlen der Atome von Si zu N beträgt
ferner vorzugsweise:
-
0,7 ≤ Si/N ≤ 1,3.
-
Das Hitze erzeugende Widerstandselement nach der Erfindung
kann mit einer gewünschten Dicke auf einem Träger gemäß
verschiedenen Dünnfilm-Herstellungstechniken hergestellt
werden, wie die Dampfablagerungsmethode, die
Bedampfungsmethode, die CVD-Methode etc., wobei Ausgangsmaterialien
verwendet werden, welche die entsprechenden Komponenten
der Komplexverbindung, wie oben beschrieben, zuführen
können.
-
Unter Bezug auf die Zeichnungen wird die Erfindung im
Detail beschrieben.
-
Figur 1 ist eine teilweise Schnittdarstellung der Struktur
eines Beispiels des Substrates für einen
Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach der Erfindung.
-
Das Substrat hat eine Struktur, die einen
elektrothermischen Transducer aufweist, der ein Hitze erzeugendes
Widerstandselement 2 und ein Paar von gegenüberliegenden
Elektroden 3, 4 sowie eine Schutzschicht 5 hat, die auf
einem Träger 1 angeordnet sind, der unter Verwendung eines
isolierenden Materials, wie Siliciumoxid, Glas oder
Keramik, oder eines Silikon-Einzelkristallelementes gebildet
wurde, das eine SiO&sub2;-Schicht hat, die durch thermische
Oxidation auf der Oberfläche etc. gebildet wurde.
-
Das Hitze erzeugende Widerstandselement 2 ist aus einem
dünnen Film der Komplexverbindung, wie oben beschrieben,
hergestellt. Der Abschnitt des Hitze erzeugenden
Widerstandselementes 2 zwischen den Elektroden 3, 4 bildet
einen Hitze erzeugenden Abschnitt 2a, der durch einen
Stromfluß zwischen den Elektroden 3, 4 Hitze erzeugt. Die
Elektroden 3, 4 sind aus einem guten Leiter gebildet, der
durch Metalle, wie Al, Au und Cu, dargestellt ist.
-
Der Schutzfilm 5 hat die Funktion des Schutzes des
Abschnittes, der direkt unter dem Flüssigkeitsweg des
elektrothermischen Transducer angeordnet ist, der durch den
Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf aufgenommen ist, welcher
unter Verwendung des Substrates hergestellt ist. Der
Schutzfilm kann aus einem isolierenden Material, wie SiO&sub2;,
SiC oder SiN etc., hergestellt sein.
-
Der Schutzfilm 5 muß nicht notwendigerweise aus einem
Einzelmaterial gebildet sein, sondern er kann auch ein
mehrfacher Schichtfilm sein, der aus den oben erwähnten
Materialien aufgebaut ist. Er kann ferner eine Struktur
darstellen, die mit einer Dünnfilm-Metallschicht für eine
Hohlraumresistenz, wie Ca, an der äußersten Oberfläche in
Kontakt mit einer Flüssigkeit (Tinte, etc.) angeordnet
ist.
-
Das Hitze erzeugende Widerstandselement 2 kann durch
Musterung mit einem geeigneten Musterungsverfahren, wie
fotolithografischen Schritten etc., eines dünnen Filmes,
der die oben erwähnte Komplexverbindung aufweist,
hergestellt werden.
-
Die Filmdicke und -breite, der Abstand der Elektroden 3, 4
etc. können selektiv ausgewählt werden, so daß die
notwendigen Eigenschaften an dem Hitze erzeugenden Abschnitt des
Hitze erzeugenden Dünnfilm-Widerstandselementes
entsprechend dem Aufbau des Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes
erzielt werden können.
-
Der Dünnfilm mit der Komplexverbindung hat den Vorteil,
daß der gewünschte, hochspezifische Widerstandswert unter
einer hohen Antriebskraft erzielt werden kann, selbst wenn
ein Film mit einer Dicke, die relativ einfach bei der
Filmdickensteuerung (z.B. 500 Å-500 um), hergestellt wird.
Die Dicke der Schicht des Hitze erzeugenden
Widerstandselementes nach der Erfindung beträgt vorzugsweise 300 Å
bis 2 um, insbesondere 700 A bis 1 um und optimal 1000 Å
bis 5000 Å.
-
Auf dem Substrat für den Tintenstrahl mit dem Aufbau gemäß
Figur 1 kann wenigstens ein Flüssigkeitsweg ausgebildet
sein, der mit einer Entladeöffnung verbunden ist, um den
Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf nach der Erfindung zu
erzielen.
-
Die Figuren 2 und 3 zeigen die Grundstrukturen des
Hauptabschnitts eines Beispiels des
Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes nach der Erfindung und zwar als schematische,
perspektivische Ansicht und als schematische
Querschnittsansicht.
-
Auf dem Substrat für den Tintenstrahl mit dem oben
beschriebenen Aufbau sind bei diesem Beispiel eine Trennwand
6 für die Bereitstellung des Flüssigkeitsweges 9, der mit
der Entladeöffnung 8 in Verbindung steht, die dem Hitze
erzeugenden Abschnitt 2a des elektrothermischen
Transducers entspricht, und eine Deckenplatte 7 für die
Abdeckung über der Trennwand angeordnet.
-
Die Trennwand 6 kann unter Verwendung eines Materials
gebildet werden, das eine Flüssigkeitspenetration
verhindert, das eine Flüssigkeitsresistenz aufweist und das aus
organischen, isolierenden Materialien ausgewählt ist, die
beispielsweise eine Fotosensitivität aufweisen, wie
Epoxyharz, Polyimidharz, Phenolharz etc. Die Bildung kann mit
bekannten Verfahren geschehen, wie das Verfahren, welches
fotolithografische Schritte umfaßt.
-
Gemäß Figur 2 umfassen die Entladeeinheiten für die
Tintenentladung eine Entladeöffnung, ein Flüssigkeitsweg,
einen Hitze erzeugenden Abschnitt 2a des
elektrothermischen Transducers und sie sind durch die Trennwände 6
sektoriert, um die Entladeeinheit in mehrfacher Weise zu
bilden.
-
Die Deckenplatte 7 ist der Abschnitt, der der Decke des
Flüssigkeitsweges in jeder Entladeeinheit entspricht. Sie
kann aus einem Material gebildet sein, das aus Glas, einer
Metallplatte, Keramik, Kunststoff etc. ausgewählt ist.
-
Für die Verbindung zwischen der Trennwand 6 und der
Deckenplatte 7 kann eine Bindung unter Verwendung eines
Klebemittels, wie ein Epoxyharz oder ein Cyanoacrylatharz
etc., erzielt werden. Da die oben beschriebene
Komplexverbindung mit hoher Temperaturstabilität und mit hoher
Resistenz als Material für das Hitze erzeugende
Widerstandselement verwendet wird, hat bei diesem
Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf der Aufzeichnungskopf einen Aufbau, der
ausreichend den Anforderungen an eine hohe
Dichteaufzeichnung und eine hohe Geschwindigkeitsaufzeichnung
entspricht.
-
Andere Zusammensetzungen als das Hitze erzeugende
Widerstandselement nach der Erfindung sind nicht auf das oben
beschriebene Beispiel beschränkt.
-
Der Aufzeichnungskopf, der in den Zeichnungen gezeigt ist,
kann beispielsweise einen Aufbau haben, bei dem die
Richtung, in der die Flüssigkeit dem Hitze erzeugenden
Abschnitt zugeführt wird, und die Richtung, in der die
Flüssigkeit von der Entladeöffnung entladen wird, im
wesentlichen die gleichen sind. Der Entladungskopf kann ferner
einen Aufbau aufweisen, bei dem diese Richtungen
verschieden voneinander sind, beispielsweise einen im wesentlichen
rechten Winkel dazwischen aufweisen.
Beispiel 1
-
Ein Träger, der durch thermische Oxidationsbehandlung auf
der Oberfläche eines Si Einzelkristallsubstrates eine
SiO&sub2;-Schicht von 5,0 um Filmdicke aufwies, wurde an einer
vorbestimmten Position innerhalb des RF-Bedampfungsgerätes
angeordnet, wie dies oben in bezug auf Figur 4 beschrieben
worden ist. Ferner wurde ein Si&sub3;N&sub4; Blättchen (Reinheit:
99,9 Gew.% oder größer) sowie ein Si-Blättchen (Reinheit:
99,9 Gew.% oder größer) auf einem HfB&sub2; Ziel von 12,7 cm (5
inch) (Reinheit: 99,8 Gew.% oder größer) mit
Bereichsverhältnissen von 25 % und 10 % zu dem Ziel angeordnet.
Die Filmbildung wurde auf der SiO&sub2; Schicht des Trägers
durch Bedampfung unter den Bedingungen eines Stromes
während der Entladung von 0,5 kW, eines Ar Druckes während
der Entladung von 4 x 10&supmin;³ Torr für 30 Minuten
durchgeführt.
-
Die Zusammensetzung des Hitze erzeugenden
Dünnfilm-Widerstandes wurde mit XPS (fotoelektrische
Röntgenstrahl-Spektrofotoinetrie) analysiert, nachdem die
oberflächenkontaminierte Schicht durch Ar&spplus; Ionenbedampfung entfernt worden
war. Die quantitativen, analytischen Werte sind in der
Tabelle 1 gezeigt. Die in Atomprozenten (gerundet auf die
nächste, ganze Zahl) ausgedrückte Filmzusammensetzung ist
in der Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 1
Atomares
Verhältnis
-
Mit der gleichen analytischen Vorrichtung wurden die
Bindungszustände der Hauptelemente bestimmt.
-
Da die 4 f Orbitalelektronenpeak-Bindungsenergie von Hf
15,9 eV war, kann angenommen werden, daß Hf primär ein
Borid gebildet hat, während Si primär den Zustand eines
Nitrids und den gleichen Zustand als Si Einzelsubstanz
(nämlich den Zustand der Si-Si Bindung) enthielt, da die
2 p Orbitalelektronenpeak-Energie 99,0 eV war. Es kann
angenommen werden, daß B und N jeweils ein Borid und ein
Nitrid (nämlich Verbindungen) gebildet haben, da die 1 s
Orbitalbindungsenergien 187,0 eV und 197,0 eV betrugen.
-
Wenn die Filmdicke und der spezifische Widerstand des
Hitze erzeugenden Dünnfilm-Widerstandes in einer
konventionellen Weise bestimmt wurden, wurden sie bestimmt mit
1420 Å und 1150 Ω cm.
-
Durch Elektronenstrahl-Dampfablagerung wurde auf den Hitze
erzeugenden Dünnfilm-Widerstand eine Al-Schicht mit 5000 A
aufgebracht. Diese wurden einer Musterung auf eine
Schaltungsbreite von 30 um gemäß den fotolithografischen
Schritten unterworfen. Durch Entfernung des Abschnittes,
der dem Hitze erzeugenden Abschnitt 2a der
Elektrodenschicht (30 um x 150 um) entsprach, wurde ein
elektrothermischer Transducer gebildet.
-
Durch RF Bedampfung wurde ferner eine SiO&sub2;-Schicht
(Schichtdicke 2,0 um) über dem elektrothermischen
Transducer als Schutzschicht 5 aufgebracht, um ein Substrat für
einen Tintenstrahlkopf zu erzielen, der den Aufbau gemäß
Figur 1 aufwies. Die entsprechenden Elektroden 3, 4 wurden
mit Enden (nicht gezeigt) versehen, um von außen Signale
aufzunehmen.
-
Unter Verwendung eines Epoxyharzes zur Erzielung eines
Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes mit dem Aufbau gemäß den
Figuren 2 und 3 wurden die Trennwände 6 (Höhe 50 um), die
ein fotosensitives Polyimidharz in konventioneller Weise
und einschließlich fotolithografischer Schritte aufwiesen,
so daß die Flüssigkeitswege, die mit den Entladeöffnungen
8 in Verbindung stehen, an den Positionen angeordnet
werden, die den entsprechenden Hitze erzeugenden Abschnitten
entsprechen, und ferner die Glasplatten 7 mit einer Dicke
von 1 mm, welche die Abschnittswände abdeckten, verbunden.
-
Auf den Hitze erzeugenden Abschnitt 2a des erzielten
Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes wurde eine rechteckige
Pulswelle von 7 ps mit 3 kHz angewandt. Die Anwendungsspannung
wurde graduell angehoben unter Verwendung von reinem
Wasser als Aufzeichnungsflüssigkeit, um die Spannung zu
bestimmen, bei der die Blasenbildung beginnt.
-
Danach wurde eine Rechteckpulswelle von 3 kHz angewendet,
so daß der Pulsspannungswert alle zwei Minuten um 1,0 V
anstieg. Der Wechsel des Wertes (ΔR) des Hitze
erzeugenden Widerstandes wurde gemessen bis der Hitze
erzeugende Widerstand brach. Dieses Testverfahren wird als
schrittweiser Streßtest (SST) bezeichnet. Mit diesem Test
kann die Lebensdauer einschließlich der Hitzeresistenz,
der Schlagresistenz unter realen Antriebsbedingungen eines
Tintenstrahl-Aufzeichnungskopfes bestimmt werden.
-
Aus den erzielten Ergebnissen und aus dem Widerstandswert
Ro vor Durchführung des Testes wurde die Rate (ΔR/Ro) der
Widerstandsveränderung berechnet. Das Hitze erzeugende
Widerstandselement gemäß diesem Beispiel zeigte eine sehr
gute Eigenschaft,wobei der Wechsel des Widerstandswertes
direkt vor dem Brechen mit + 5,0 % sehr klein war. Ferner
war der Stromverbrauch mit 136 mA bei dem Hitze
erzeugenden Widerstandseleinent gemäß diesem Beispiel
ausreichend klein. Es wurde ferner gefunden, daß die
Verbrauchskraft sehr klein ist, so daß ein IC für den Antrieb
mit kleiner Kapazität in ausreichendem Maße effektiv ist.
-
Auch die Grenze M (Anwendungsspannung kurz vor dem
Brechen/Anwendungsspannung zu Beginn der Blasenbildung)
bei dem Tintenstrahlkopf dieses Beispiels betrug 1,58 und
zeigte somit eine ausreichende Hitzeresistenz und
Schlagresistenz.
-
Wenn ein Druck unter Anwendung des Tintenstrahlkopfes
gemäß diesem Beispiel in praktischer Weise durchgeführt
wurde, wurde ferner eine gute Druckqualität erzielt.
-
Die Auswertungsergebnisse des Beispiels 1 sind in der
Tabelle 2 aufgeführt.
Beispiele 2-12
-
Mit Ausnahme der Veränderung der Bereichsverhältnisse der
Ziele wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie im Beispiel
1 Hitze erzeugende Widerstandsdünnfilme mit verschiedenen
Zusammensetzungen auf den Trägern gebildet. Die
Tintenstrahlköpfe
gemäß den Figuren 2 und 3 wurden in der
gleichen Weise gemäß der Beschreibung des Beispiels 1
hergestellt.
-
Für die entsprechenden Beispiele wurden die verschiedenen
Daten in der gleichen Weise wie in dem Beispiel 1
bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 gezeigt. Wie
aus der Tabelle 2 zu ersehen ist, zeigen alle
Tintenstrahlköpfe gemäß diesen Beispielen ausreichend große,
spezifische Widerstandswerte und ausreichend kleine
Veränderungen der Widerstandsraten, ausreichend kleine
Verbrauchsströme und ferner eine ausreichende Hitzeresistenz,
Schlagresistenz.
-
Wenn die Tintenstrahl-Aufzeichnungsköpfe gemäß den
Beispielen für einen praktischen Ausdruck verwendet wurden,
wurde eine gute Druckqualität bei allen Beispielen
beobachtet.
Vergleichsbeispiele 1-7
-
Mit Ausnahme der Veränderung der Bereichsverhältnisse der
Ziele wurden mit dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1
Hitze erzeugende Widerstandsdünnfilme mit verschiedenen
Zusammensetzungen auf den Trägern gebildet. Dann wurde der
Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf gemäß der Figur 2 und der
Figur 3 in der gleichen Weise wie in dem Beispiel 1
hergestellt.
-
Für die verschiedenen Vergleichsbeispiele wurden die
verschiedenen Daten in der gleichen Weise wie in dem Beispiel
1 bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 gezeigt.
Wie aus der Tabelle 2 zu ersehen ist, zeigten die
Tintenstrahlköpfe gemäß diesen Vergleichsbeispielen Ergebnisse,
von dem nicht gesagt werden kann, daß sie in ausreichender
Weise zufriedenstellend sind bezüglich dem spezifischen
Widerstandswert, der Veränderung der Widerstandsrate, des
Stromverbrauchs, der Hitzeresistenz und der
Schlagresistenz.
Beispiel 13
-
Die Bildung eines Hitze erzeugenden Widerstandsdünnfilmes
auf einem Träger wurde mit dem RF Magnetron und
gleichzeitiger Bedampfung mit den gleichen Bedingungen wie in dem
Beispiel 1 durchgeführt, wobei aber HfB&sub2; und Si
(Bereichsverhältnis relativ zu dem HfB&sub2;-Ziel 25 %)
verwendet wurden und wobei N&sub2; Gas mit 0,5 SCM in das Ar-Gas für
die Bedainpfung (Gasdruck 4 x 10&supmin;³ Torr) unter
gleichzeitiger Vermischung einströmte.
-
Der Hitze erzeugende Widerstandsdünnfilm hatte eine
Filmdicke von 1995 Å und einen spezifischen Resistenzwert von
96 ul cm.
-
Unter Verwendung des erzielten, Hitze erzeugenden
Widerstandsdünnfilmes wurde in der gleichen Weise wie in dem
Beispiel 1 ein Tintenstrahl-Aufzeichnungskopf hergestellt.
-
Für dieses Beispiel wurden die verschiedenen Daten in der
gleichen Weise wie in dem Beispiel 1 bestimmt. Die
Ergebnisse sind in der Tabelle 3 gezeigt. Wie aus der Tabelle 3
zu ersehen ist, zeigt auch der Tintenstrahlkopf gemäß
diesem Beispiel einen ausreichend großen, spezifischen
Widerstandswert und einen ausreichend geringen Wechsel der
Widerstandsrate, einen ausreichend geringen Stromverbrauch
und ferner eine ausreichende Hitzeresistenz,
Schlagresistenz.
-
Wenn unter Verwendung des Tintenstrahlkopfes gemäß diesem
Beispiel ein Ausdruck unter praktischen Bedingungen
durchgeführt wurde, wurde eine gute Druckqualität erzielt.
Beispiele 14-16
-
Mit Ausnahme der Veränderung der Bereichsverhältnisse der
Ziele und der Strömungsrate des M&sub2; wurden Hitze erzeugende
Widerstandsdünnfilme gemäß dem gleichen Verfahren wie in
dem Beispiel 13 mit verschiedenen Zusammensetzungen auf
den Trägern gebildet. Dann wurden Tintenstrahlköpfe gemäß
den Figuren 2 und 3 in der gleichen Weise wie in dem
Beispiel 13 hergestellt.
-
Für die entsprechenden Beispiele wurden die verschiedenen
Daten in der gleichen Weise wie in dem Beispiel 13
bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 gezeigt. Wie
aus der Tabelle 3 zu ersehen ist, zeigen alle
Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen ausreichend große,
spezifische Widerstandswerte und ausreichend geringe
Veränderungen der Widerstandsraten, ausreichend geringe
Verbrauchsströme und ferner ausreichende Hitzeresistenzen,
Schlagresistenzen.
-
Wenn die Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen für einen
praktischen Ausdruck verwendet wurden, konnte bei allen
Beispielen eine gute Druckqualität erzielt werden.
Vergleichsbeispiele 8, 9
-
Mit Ausnahme der Veränderung der Bereichsverhältnisse der
Ziele und der Strömungsrate von N2 wurden gemäß dem
gleichen Verfahren wie in dem Beispiel 13 Hitze erzeugende
Widerstandsdünnfilme mit verschiedenen Zusammensetzungen
auf den Trägern gebildet. Dann wurden die
Tintenstrahlköpfe gemäß den Figuren 2 und 3 in der gleichen Weise wie
in dem Beispiel 13 hergestellt.
-
Für die entsprechenden Vergleichsbeispiele wurden die
verschiedenen Daten in der gleichen Weise wie in dem Beispiel
1 bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 gezeigt.
Wie aus der Tabelle 3 zu ersehen ist, zeigen die
Tintenstrahlköpfe gemäß diesen Vergleichsbeispielen Ergebnisse,
von denen nicht gesagt werden kann, daß sie in
ausreichender Weise zufriedenstellend sind bezüglich des
spezifischen Widerstandswertes, der Veränderung der
Widerstandsrate, des Stromverbrauches, der Hitzeresistenz und
der Schlagresistenz.
Andere Beispiele und Vergleichsbeispiele (Teil 1)
-
Mit Ausnahme der Verwendung von TiB&sub2; anstelle von HfB&sub2; als
Metallborid wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie in den
Beispielen 1 bis 16 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 9
Tintenstrahlköpfe gemäß den Figuren 2 und 3 mit einem
Hitze erzeugenden Widerstandselement nach der Erfindung
hergestellt.
-
Alle Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen zeigten
ausreichend große, spezifische Resistenzwerte und ausreichend
kleine Veränderungen der Resistenzraten, einen ausreichend
kleinen Stromverbrauch und ferner eine ausreichende
Hitzeresistenz und Schlagresistenz.
-
Bei Verwendung der Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen
wurden bei einem praktischen Ausdruck eine gute
Druckqualität bei allen Beispielen erzielt.
-
Andererseits wurden bei den Tintenstrahlköpfen gemäß den
Vergleichsbeispielen Ergebnisse erzielt, von denen nicht
gesagt werden kann, daß sie in ausreichender Weise
zufriedenstellend sind bezüglich des spezifischen
Widerstandswertes, der Veränderung der Resistenzrate, des
Stromverbrauches, der Hitzeresistenz und der Schlagresistenz.
Andere Beispiele und Vergleichsbeispiele (Teil 2)
-
Mit Ausnahme der Verwendung von VB&sub2; anstelle von HfB&sub2; als
Metallborid wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie in den
Beispielen 1 bis 16 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 9
Tintenstrahlköpfe gemäß der Figur 2 und der Figur 3 mit
einem Hitze erzeugenden Widerstandselement nach der
Erfindung hergestellt. Alle Tintenstrahlköpfe gemäß den
Beispielen zeigten ausreichend große, spezifische
Widerstandswerte und ausreichend kleine Veränderungen der
Widerstandsraten, einen ausreichend kleinen Stromverbrauch
und ferner eine ausreichende Hitzeresistenz und
Schlagresistenz.
-
Wenn die Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen für einen
praktischen Ausdruck verwendet wurden, konnte für alle
Beispiele eine gute Druckqualität erzielt werden.
-
Die Tintenstrahlköpfe gemäß dem Vergleichsbeispiel zeigten
andererseits Ergebnisse, von denen nicht gesagt werden
kann, daß sie in ausreichender Weise zufriedenstellend
sind bezüglich des spezifischen Widerstandswertes, der
Veränderung der Widerstandsrate, des Stromverbrauches, der
Hitzeresistenz und der Schlagresistenz.
Andere Beispiele und Vergleichsbeispiele (Teil 3)
-
Mit Ausnahme der Verwendung von CrB&sub2; anstelle von HfB&sub2; als
Metallborid wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie in den
Beispielen 1 bis 16 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 9
Tintenstrahlköpfe gemäß der Figur 2 und der Figur 3 mit
dem Hitze erzeugenden Widerstandselement nach der
Erfindung hergestellt.
-
Alle Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen zeigten
ausreichend große, spezifische Widerstandswerte und
ausreichend kleine Veränderungen der Widerstandsraten, einen
ausreichend kleinen Stromverbrauch und ferner eine
ausreichende Hitzeresistenz und Schlagresistenz.
-
Wenn die Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen für einen
praktischen Ausdruck verwendet wurden, konnte eine gute
Druckqualität bei allen Beispielen erzielt werden.
-
Die Tintenstrahlköpfe gemäß den Vergleichsbeispielen
zeigten andererseits Ergebnisse, von denen nicht gesagt werden
kann, daß sie in ausreichender Weise zufriedenstellend
sind bezüglich des spezifischen Widerstandswertes, der
Veränderung der Widerstandsrate, des Stromverbrauchs, der
Hitzeresistenz und der Schlagresistenz.
Andere Beispiele und Vergleichsbeispiele (Teil 4)
-
Mit Ausnahme der Verwendung von ZrB&sub2; anstelle von HfB&sub2; als
Metallborid wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie in den
Beispielen 1 bis 16 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 9
Tintenstrahlköpfe gemäß den Figuren 2 und 3 mit dem Hitze
erzeugenden Widerstandselement nach der Erfindung
hergestellt.
-
Alle Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen zeigten
ausreichend große, spezifische Widerstandswerte und
ausreichend kleine Veränderungen der Widerstandsraten, einen
ausreichend kleinen Stromverbrauch und ferner eine
ausreichende Hitzeresistenz und Schlagresistenz.
-
Wenn die Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen für einen
praktischen Ausdruck verwendet wurden, konnte eine gute
Druckqualität für alle Beispiele erzielt werden.
-
Die Tintenstrahlköpfe gemäß den Vergleichsbeispielen
zeigten andererseits Ergebnisse, von denen nicht gesagt werden
kann, daß sie in ausreichender Weise zufriedenstellend
sind bezüglich des spezifischen Widerstandswertes, der
Veränderung der Widerstandsrate, des Stromverbrauches, der
Hitzeresistenz und der Schlagresistenz.
Andere Beispiele und Vergleichsbeispiele (Teil 5)
-
Mit Ausnahme der Verwendung von NbB&sub2; anstelle von HfB&sub2; als
Metallborid wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie in den
Beispielen 1 bis 16 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 9
Tintenstrahlköpfe gemäß Figuren 2 und 3 mit dem Hitze
erzeugenden Widerstandselement nach der Erfindung
hergestellt.
-
Alle Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen zeigten
ausreichend große, spezifische Widerstandswerte und
ausreichend kleine Veränderungen der Widerstandsraten, einen
ausreichend kleinen Stromverbrauch und ferner eine
ausreichende Hitzeresistenz und Schlagresistenz.
-
Wenn die Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen für einen
praktischen Ausdruck verwendet wurden, konnte eine gute
Druckqualität für alle Beispiele erzielt werden.
-
Die Tintenstrahlköpfe gemäß den Vergleichsbeispielen
zeigten andererseits Ergebnisse, von denen nicht gesagt werden
kann, daß sie in ausreichender Weise zufriedenstellend
sind bezüglich des spezifischen Widerstandswertes, der
Veränderung der Widerstandsrate, des Stromverbrauches, der
Hitzeresistenz und der Schlagresistenz.
Andere Beispiele und Vergleichsbeispiele (Teil 6)
-
Mit Ausnahme der Verwendung von Mo&sub2;B&sub5; anstelle von HfB&sub2;
als Metallborid wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie in
den Beispielen 1 und 16 und den Vergleichsbeispielen 1 bis
9 Tintenstrahlköpfe gemäß den Figuren 2 und 3 mit dem
Hitze erzeugenden Widerstandselement nach der Erfindung
hergestellt.
-
Alle Tintenstrahlköpfe gemäß dem Beispiel zeigten
ausreichend große, spezifische Widerstandswerte und
ausreichend kleine Veränderungen der Widerstandsraten, einen
ausreichend kleinen Stromverbrauch und ferner eine
ausreichende Hitzeresistenz und Schlagresistenz.
-
Wenn die Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen für einen
praktischen Ausdruck verwendet wurden, konnte eine gute
Druckqualität für alle Beispiele erzielt werden.
-
Die Tintenstrahlköpfe gemäß den Vergleichsbeispielen
zeigten andererseits Ergebnisse, von denen nicht gesagt werden
kann, daß sie in ausreichender Weise zufriedenstellend
sind bezüglich des spezifischen Widerstandswertes, der
Veränderung der Widerstandsrate, des Stromverbrauches, der
Hitzeresistenz und der Schlagresistenz.
Andere Beispiele und Veraleichsbeispiele (Teil 7)
-
Mit Ausnahme der Verwendung von TaB&sub2; anstelle von HfB&sub2; als
Metallborid wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie in den
Beispielen 1 bis 16 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 9
Tintenstrahlköpfe gemäß den Figuren 2 und 3 mit dem Hitze
erzeugenden Widerstandselement nach der Erfindung
hergestellt.
-
Alle Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen zeigten
ausreichend große, spezifische Widerstandswerte und
ausreichend kleine Veränderungen der Widerstandsraten, einen
ausreichend kleinen Stromverbrauch und ferner eine
ausreichende Hitzeresistenz und Schlagresistenz.
-
Wenn die Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen für einen
praktischen Ausdruck verwendet wurden, konnte eine gute
Druckqualität für alle Beispiele gezeigt werden. Die
Tintenstrahlköpfe gemäß den Vergleichsbeispielen zeigten
andererseits Ergebnisse, von denen nicht gesagt werden kann,
daß sie in ausreichender Weise zufriedenstellend sind
bezüglich des spezifischen Resistenzwertes, der Veränderung
der Resistenzrate, des Stromverbrauches, der
Hitzeresistenz und der Schlagresistenz.
Andere Beispiele und Vergleichsbeispiele (Teil 8)
-
Mit Ausnahme der Verwendung von W&sub2;B&sub5; anstelle von HfB&sub2; als
Metallborid wurden gemäß dem gleichen Verfahren wie in den
Beispielen 1 bis 16 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 9
Tintenstrahlköpfe gemäß Figuren 2 und 3 mit dem Hitze
erzeugenden Widerstandselement nach der Erfindung
hergestellt.
-
Alle Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen zeigten
ausreichend große, spezifische Widerstandswerte und
ausreichend kleine Veränderungen der Widerstandsrate, einen
ausreichend kleinen Stromverbrauch und ferner eine
ausreichende Hitzeresistenz und Schlagresistenz.
-
Wenn die Tintenstrahlköpfe gemäß den Beispielen für einen
praktischen Ausdruck verwendet wurden, konnte eine gute
Druckqualität für alle Beispiele gezeigt werden.
-
Die Tintenstrahlköpfe gemäß den Vergleichsbeispielen
zeigten andererseits Ergebnisse, von denen nicht gesagt werden
kann, daß sie in ausreichender Weise zufriedenstellend
sind bezüglich des spezifischen Resistenzwertes, der
Veränderung der Resistenzrate, des Stromverbrauches, der
Hitzeresistenz und der Schlagresistenz.
-
Die Standards für die Gesamtauswertung gemäß der Figur 2
und der Figur 3 sind in der Tabelle 4 gezeigt.
-
Das Hitze erzeugende Widerstandselement gemäß der
Erfindung hat einen hohen Widerstandswert und einen geringen
Stromverbrauch, wie oben beschrieben, und ist somit
insbesondere effektiv, wenn es für einen Tintenstrahlkopf der
Form verwendet wird, der funktionelle Elemente hat, die
strukturell intern des Kopf substrates bereitgestellt sind,
wie dies in dem US-Patent 4 429 321 offenbart ist.
-
Durch Anordnung des Tintenstrahlkopfes nach der Erfindung
mit der oben beschriebenen Konstitution an ein Hauptgerät
und durch Zuführung von Signalen zu dem Kopf von dem
Hauptgerät kann ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät
erzielt werden, das zur Durchführung einer hohen
Geschwindigkeitsaufzeichnung und einer hohen
Bildqualitätsaufzeichnung in der Lage ist.
-
Figur 5 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht
eines Beispiels eines Aufzeichnungsgerätes IJRA, bei dem
die Erfindung angewandt worden ist. Der Wagen HC steht in
Eingriff mit der Spiralrille 5004 einer Führungsschraube
5005, die durch die Antriebskraft-Übertragungsgetriebe
5011, 5009 mit zugehöriger Bewegung mit den normalen und
umgekehrten Drehungen eines Antriebsmotors 5013 dreht. Der
Wagen hat einen Stift (nicht gezeigt) und wird hin und her
in die Richtungen der Pfeile a, b bewegt. 5002 ist eine
Papierpreßplatte, die Papier entlang der
Wagenbewegungsrichtung gegen eine Platte 5000 preßt. 5007, 5008 sind
Fotokoppler, die in der Heimposition Detektionsmittel sind,
um eine Drehrichtungsveränderung des Motors 5013 zu
bewirken, indem die Gegenwart eines Hebels 5006 des Wagens in
dieser Region erfaßt wird. 5016 ist ein Element für die
Stützung eines Kappenelementes 5022, welches die
Frontfläche eines Aufzeichnungskopfes TJC des Patronentyps mit
einem integralen Tintentank abdeckt. 5015 ist ein
Saugmittel, das im Inneren der Kappe saugt und das eine
Saugwiedereinsetzung des Aufzeichnungskopfes durch eine Öffnung
5023 innerhalb der Kappe durchführt. 5017 ist ein
Reinigungsblatt. 5019 ist ein Element, welches eine Rück- und
Vorwärtsbewegung des Blattes erlaubt. Diese Elemente sind
auf einer Hauptkörper-Tragplatte 5018 gelagert. Das Blatt
ist nicht in dieser Form erforderlich. Jedes im Stand der
Technik bekannte Reinigungsblatt kann bei diesem Beispiel
angewendet werden. 5012 ist ein Hebel für den Beginn der
Ansaugung der Saugwiederherstellung, der sich in
Zusammenhang mit der Bewegung einer Nocke 5020 bewegt, die in
Eingriff
mit dem Wagen steht, wobei die Antriebskraft von dem
Antriebsmotor durch bekannte Übertragungsmittel, wie eine
Kupplungsveränderung etc., kontrolliert wird. Eine CBU,
welche Signale zu dem elektrothermischen Transducer führt,
der an dem Tintenstrahlkopf IJC vorgesehen ist, und die
den Antrieb der oben beschriebenen entsprechenden
Mechanismen kontrolliert, ist an der Hauptkörperseite (nicht
gezeigt) vorgesehen.
-
Bei den oben beschriebenen Beispielen der Erfindung wurde
die Beschreibung unter Verwendung einer flüssigen Tinte
vorgenommen. Die Erfindung kann aber auch mit einer Tinte
durchgeführt werden, die bei Raumtemperatur fest ist,
sofern sie bei Raumtemperatur aufgeweicht ist. Bei dem oben
beschriebenen Tintenstrahlaufzeichnungsgerät ist es
allgemein praktikabel, daß eine Temperatursteuerung
durchgeführt wird, so daß die Viskosität der Tinte durch
Steuerung der Temperatur innerhalb des Bereiches von 30ºC bis
70ºC einen stabilen Entladungsbereich aufweist. Somit kann
jede Tinte verwendet werden, die flüssig wird, wenn
Arbeitsaufzeichnungssignale eintreffen. Die Erfindung ist
ferner anwendbar, wenn ein Temperaturanstieg mit der
thermischen Energie positiv verhindert wird und diese Energie
als Energie für den Phasenwechsel von dem Festzustand zu
dem Flüssigzustand verwendet wird. Ferner kann eine Tinte
verwendet werden, die fest ist, wenn sie stehengelassen
wird, um so eine Evaporation der Tinte zu verhindern.
Ferner ist jede Verwendung einer Tinte möglich, welche die
Eigenschaft hat, daß sie zum ersten Mal durch thermische
Energie verflüssigt wird, wie solch eine Tinte, die durch
Einwirkung von thermischer Energie entsprechend den
Aufzeichnungssignalen verflüssigt wird, die aber bereits fest
ist an dem Punkt, wenn sie das Aufzeichnungsmedium
erreicht. In solch einem Fall kann die Tinte gegenüber zu
dem elektrothermischen Transducer unter einem Zustand
vorliegen, daß sie ein Flüssig- oder Festmaterial an einem
porösen Blatthohlraum oder einer Bohrung ist, wie dies in
den offengelegten, japanischen Patentanmeldungen Nrn. 54-
56847 und 60-71260 gezeigt ist. Für die Erfindung ist die
effektivste der entsprechenden Tinten solch eine Tinte,
welche das Filmsiedesystem, wie oben beschrieben,
praktiziert.
-
Bezüglich des repräsentativen Aufbaues und des Prinzips
des Aufzeichnungskopfes und bezüglich des
Aufzeichnungsgerätes des Tintenstrahlsystems nach der Erfindung wird
beispielsweise für die praktische Verwendung das Grundprinzip
bevorzugt, daß beispielsweise in den US-Patenten 4 723 129
und 4 740 796 offenbart ist. Dieses System ist sowohl auf
den sogenannten Anforderungstyp wie auf den
kontinuierlichen Typ anwendbar. Insbesondere ist der Fall des
Anwendungstyps effektiv, da Hitzeenergie an den Elektrizitäts-
Hitzeumwandlern erzeugt wird, die ein Filmsieden an der
Hitzewirkoberfläche des Aufzeichnungskopfes bewirken,
wobei wenigstens ein Antriebssignal verwendet wird, das zu
einem schnellen Temperaturanstieg führt, der ein
Kernsieden übersteigt, wobei das Signal der
Aufzeichnungsinformation an Elektrizitäts-Hitzeumwandlern entspricht, die
entsprechend den Blättern oder den Flüssigkeitskanälen der
Flüssigkeit (Tinte) angeordnet sind. Somit können Blasen
innerhalb der Flüssigkeit (Tinte) entsprechend dem einen
und dem anderen Antriebssignal gebildet werden. Durch
Entladung der Flüssigkeit (Tinte) durch eine Öffnung für die
Entladung durch das Anwachsen und das Schrumpfen der
Blasen wird wenigstens ein Tröpfchen gebildet. Liegen die
Antriebssignale in Pulsformen vor, kann ein Anwachsen und
Schrumpfen der Blase konstant und adäquat durchgeführt
werden, um die Flüssigkeit (Tinte) in mehr bevorzugter
Weise und mit sehr guten Reaktionseigenschaften zu
entladen. Als Antriebssignale mit solch einer Pulsform sind
solche geeignet, die in den US-Patenten 4 463 359 und 4
345 262 offenbart sind. Ferner kann eine ausgezeichnete
Aufzeichnung durchgeführt werden, wenn die Bedingungen,
die in dem US-Patent 4 313 124 bezüglich der
Temperaturanstiegsrate der oben erwähnten Hitzewirkfläche beschrieben
sind, auf die Erfindung angewandt werden
-
Zusätzlich zu dem Kombinationsaufbau von
Entladungsöffnung, Flüssigkeitskanal, Elektrizitäts-Hitzeumwandler
(linearer Flüssigkeitskanal oder Flüssigkeitskanal im
rechten Winkel), wie dies in den oben erwähnten
Druckschriften offenbart ist, kann ferner bei der Erfindung der
Aufbau gemäß den US-Patenten 4 558 333 und 4 459 600
verwendet werden, die einen Aufbau offenbaren, wobei der
Hitzewirkabschnitt in der gebogenen Region angeordnet ist.
Zusätzlich kann die Erfindung auch effektiv mit dem Aufbau
durchgeführt werden, wie er in der japanischen,
offengelegten Patentanmeldung Nr. 59-123 670 offenbart ist, wobei
ein Aufbau mit einem Schlitz offenbart ist, der mehreren
Elektrizitäts-Hitzeumwandlern als der Entladeabschnitt des
Elektrizitäts-Umwandlers gemeinsam ist. Die offengelegte,
japanische Patentanmeldung Nr. 59-138461 offenbart einen
Aufbau mit einer Öffnung für die Absorption der Druckwelle
der Hitzeenergie entsprechend dem Entladeabschnitt.
-
Als Aufzeichnungskopf des Vollinientyps mit einer Länge,
die der maximalen Breite des Aufzeichnungsmediums
entspricht, das durch die Aufzeichnungsvorrichtung
aufgezeichnen werden kann, kann entweder der Aufbau, der die
Länge durch Kombination von mehreren Aufzeichnungsköpfen
befriedigt, wie dies in den oben erwähnten Druckschriften
offenbart ist, oder es kann ein Aufbau verwendet werden,
bei dem ein einteilig gebildeter Aufzeichnungskopf
vorliegt. Die Erfindung kann die Effekte, wie oben
beschrieben, effektiver exprimieren.
-
Zusätzlich ist die Erfindung effektiv für einen
Aufzeichnungskopf des frei austauschbaren Chiptyps, der eine
elektrische Verbindung zu der Hauptvorrichtung oder eine
Zuführung der Tinte von der Hauptvorrichtung durch
Befestigung auf der Hauptvorrichtung ermöglicht. Die
Erfindung ist ferner effektiv für den Fall der Verwendung eines
Aufzeichnungskopfes des Patronentyps, der einteilig auf
dem Aufzeichnungskopf selbst bereitgestellt wird.
-
Zusätzlich zu einem Wiederherstellungsmittel für den
Aufzeichnungskopf ist ein vorläufiges Hilfsmittel etc.
bevorzugt, das als Komponente der Aufzeichnungsvorrichtung nach
der Erfindung bereitgestellt wird, da dadurch der Effekt
der Erfindung weiter stabilisiert werden kann. Spezifische
Beispiele für den Aufzeichnungskopf können Abdeckmittel,
Reinigungsmittel, Druck- oder Saugmittel, Elektrizitäts-
Hitzeumwandler oder andere Heizelemente oder vorläufige
Heizmittel gemäß einer Kombination davon umfassen. Für die
Durchführung einer stabilen Aufzeichnung ist es ferner
effektiv, einen vorläufigen Modus durchzuführen, der die
Entladung getrennt von der Aufzeichnung durchführt.
-
Als Aufzeichnungsmodus der Aufzeichnungsvorrichtung ist
die Erfindung nicht nur sehr effektiv für den
Aufzeichnungsmodus von nur einer primären Farbe, wie Schwarz etc.,
sondern auch eine Vorrichtung, die mit wenigstens einer
von mehreren verschiedenen Farben oder mit einer Vollfarbe
durch eine Farbmischung ausgerüstet ist und zwar
unabhängig davon, ob der Aufzeichnungskopf entweder einteilig
ausgebildet ist oder mehrfach kombiniert vorliegt.
Tabelle 2
Bsp.-Nr. Vergleichsbsp.-Nr.
Verhältnisse des
Zielbereichs
Filmzusammensetzung (Atom %)
Filmdicke (Å)
Spezifischer Widerstand
Resistenzwechsel
Beispiel
Vergl.-Beispiel
Tabelle 2 (Fortsetzung)
Bsp.-Nr. Vergleichs-Bsp.-Nr.
Stromverbrauch
Gesamtauswertung
Beispiel
Vergleichsbeispiel
Tabelle 3
Beispiel Nr.
Verhältnis des Flächenbereichs (%) HfB&sub2; Si
N&sub2; Strömungsmenge
Filmzusammensetzung
Filmdicke
Vergleichsbeispiel-Nr.
Tabelle 3 (Fortsetzung)
Beispiel Nr.
Spezifischer Widerstand
Resistenzwechsel
Stromverbrauch
Gesamtauswertung
Vergleichsbeispiel Nr.
Tabelle 4
Gesamtauswertung
Spezifischer Widerstand
Resistenzwechsel
Strombrauch
Der Fall, wenn alle rechten Bedingungen erfüllt sind
Der Fall der Erfüllung aller rechten Bedingungen
Der Fall der Erfüllung wenigstens einer der rechten Bedingungen
oder mehr
weniger als
oder weniger des absoluten Wertes
Absoluter Wert von oder weniger
größer